基于AHP分析的處州白蓮蓮房原花青素超聲波輔助提取工藝研究

于金英 王津 全奕潔 汪冶

摘 要：基于多實(shí)驗(yàn)指標(biāo)考察優(yōu)化蓮房原花青素超聲波輔助提取工藝。運(yùn)用正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)通過對(duì)3個(gè)試驗(yàn)指標(biāo)包括蓮房原花青素（LSPC）提取率、低聚蓮房原花青素（LSOPC）提取率、高聚蓮房原花青素（LSPPC）提取率進(jìn)行考察優(yōu)化超聲波輔助提取工藝參數(shù)，采用層次分析法（AHP）確立權(quán)重確定優(yōu)化工藝。超聲輔助提取優(yōu)化工藝結(jié)果為乙醇體積為50%，料液比1∶15，提取4次，提取30 min。基于多實(shí)驗(yàn)指標(biāo)的優(yōu)化工藝能更加客觀地反映蓮房原花青素的提取效果。

關(guān)鍵詞：超聲波輔助提取;原花青素;多指標(biāo)考察;層次分析法

Study on the Ultrasonic Assisted Extraction Process of Procyanidins from Lotus Seedpod in Li Shui based on AHP Analysis

YU Jinying， WANG Jin， QUAN Yijie， WANG Ye*

（Lishui University， Lishui 323000， China）

Abstract： Ultrasonic assisted extraction of procyanidins from lotus seedpod was optimized based on multi index investigation. Using orthogonal experimental design， the ultrasonic assisted extraction process parameters were optimized by investigating three experimental indexes， including the extraction rate of lotus seedpod procyanidins （LSPC），lotus seedpod oligomeric procyanidins （LSOPC） and lotus seedpod polymeric procyanidins （LSPPC）， Analytic hierarchy process （AHP） is used to establish the weight and determine the optimization process.The optimized process of ultrasonic assisted extraction： the volume of ethanol was 50%， the solid-liquid ratio was 1︰15， extracted for 4 times and extracted for 30 min. The optimized process based on multiple indexes can more objectively reflect the extraction effect of procyanidins from lotus seedpod.

Keywords： ultrasonic assisted extraction; procyanidins; multi index investigation; Analytic hierarchy process（AHP）

蓮房（蓮蓬）是蓮的成熟花托，是蓮子收獲過程中產(chǎn)生的副產(chǎn)物，一般在蓮子采收過程中被丟棄。蓮房與葡萄籽相似，含有大量原花青素成分，原花青素是由不同數(shù)量的兒茶素或兒茶素單體及其聚合體形成的多酚化合物組成的，按照聚合度的不同以及單體的構(gòu)象或鍵合位置的不同可形成多種化合物，一般分為低聚體OPC（聚合度n=2～4）和高聚體PPC（聚合度n≥5）。聚合體的抗氧化能力隨著聚合度的增大而降低，且低聚體（OPC）較高聚體（PPC）具有良好的生物利用度[1]。為了有效利用蓮房原花青素（Procyanidins Of Lotus Seedpod，LSPC），本研究利用層次分析法（The Analytic Hierarchy Process，簡稱AHP法）開展多指標(biāo)優(yōu)選的綜合評(píng)價(jià)，通過對(duì)3個(gè)實(shí)驗(yàn)指標(biāo)：蓮房原花青素（LSPC）提取率、低聚蓮房原花青素（LSOPC）提取率、高聚蓮房原花青素（LSPPC）提取率進(jìn)行綜合評(píng)估，可以更加客觀地反映處州白蓮蓮房中蓮原花青素（LSPC）的提取效率和質(zhì)量。

1 材料與方法

1.1 材料

處州白蓮蓬購于麗水市蓮都區(qū)老竹鎮(zhèn)處州白蓮種植基地，剝除蓮子，將蓮蓬自然陰干。

1.2 儀器與試劑

SG250H超聲波提取器、HX-5FD真空冷凍干燥設(shè)備。兒茶素標(biāo)準(zhǔn)品（上海源葉生物科技有限公司）、硫酸、香草醛、甲醇、乙醇。

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

1.3.1 蓮房原花青素提取

選用陰干的去除蓮子的干燥蓮房若干，用高速粉碎機(jī)粉碎，過24目篩，稱取適量粉末，加入一定量的乙醇，超聲提取，離心過濾得到提取液。提取液經(jīng)過薄層旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀回收酒精后，剩余水溶液進(jìn)行冷凍干燥處理制備蓮房原花青素（LSPC）樣品。

1.3.2 低聚蓮房原花青素（LSOPC）和高聚蓮房原花青素（LSPPC）樣品制備

利用蓮房原花青素中低聚體和高聚體溶解性差異進(jìn)行分級(jí)分離。將上述制備的蓮房原花青素樣品溶于水，首先采用等體積乙酸乙酯萃取3次富集低聚蓮房原花青素，回收溶劑制備低聚蓮房原花青素（LSOPC）樣品，萃取后的水溶液經(jīng)冷凍干燥制備高聚蓮房原花青素（LSPPC）樣品。

1.3.3 蓮房原花青素含量的測定

（1）兒茶素標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制。準(zhǔn)確稱取兒茶素標(biāo)準(zhǔn)品25 mg，用70%乙醇溶解并定容至25 mL，配制兒茶素標(biāo)準(zhǔn)貯備液1 mg/mL。分別移取兒茶素標(biāo)準(zhǔn)貯備液1.00 mL、2.00 mL、3.00 mL、4.00 mL和5.00 mL至25 mL容量瓶中，加入70%乙醇定容，制備得到濃度為0.04 mg/mL、0.08 mg/mL、0.12 mg/mL、0.16 mg/mL和0.20 mg/mL的兒茶素標(biāo)準(zhǔn)品溶液。分別移取上述不同濃度的溶液0.5 mL置于10 mL比色管中，然后依次加入2.5 mL的30 g/L香草醛-甲醇溶液和2.5 mL的30%硫酸-甲醇溶液，在30 ℃水浴里避光反應(yīng)15 min，在波長500 nm處測定吸光值，以兒茶素濃度為橫坐標(biāo)，吸光值為縱坐標(biāo)，繪制兒茶素的標(biāo)準(zhǔn)曲線[2]。

（2）蓮房原花青素提取率的計(jì)算。取1.3.1和1.3.2項(xiàng)制備的樣品，按照（1）項(xiàng)操作。用70%乙醇作為待測液，在相同條件下，作一組空白對(duì)照試驗(yàn)。利用兒茶素標(biāo)準(zhǔn)曲線的回歸方程計(jì)算提取液中原花青素的質(zhì)量濃度，然后計(jì)算蓮房原花青素的提取率。

式中：n為提取液稀釋倍數(shù);c為提取液中原花青素的質(zhì)量濃度，mg/mL;V為提取液體積，mL;m為蓮房樣品質(zhì)量，g。

1.3.4 正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)優(yōu)化提取工藝

在單因素試驗(yàn)基礎(chǔ)上，選用乙醇體積分?jǐn)?shù)（A）、料液比（B）、提取時(shí)間（C）和提取次數(shù)（D）4個(gè)因素，以LSPC提取率（X）、LSOPC提取率（Y）、LSPPC提取率（Z）為指標(biāo)，采用L9（34）正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)優(yōu)化提取工藝。

1.3.5 單因素實(shí)驗(yàn)

原花青素結(jié)構(gòu)中含有多個(gè)酚羥基，易溶于水、甲醇、乙醇和稀酸等極性溶劑中[3-4]，因此選擇酒精溶液作為蓮房原花青素的提取劑，采用超聲波輔助進(jìn)行提取，以LSPC提取率（X）、LSOPC提取率（Y）、LSPPC提取率（Z）為考察指標(biāo)，分別考察乙醇體積分?jǐn)?shù)（40%、50%、60%、70%和80%）、料液比（1︰10、1︰15、1︰20、1︰25和1︰30）、提取時(shí)間（10 min、15 min、20 min、25 min和30 min）、提取次數(shù)（1次、2次、3次、4次和5次）等因素對(duì)蓮房原花青素提取效果的影響。按照1.3.1和1.3.2項(xiàng)制備樣品，然后按照（1）項(xiàng)操作，最后按照1.3.3中（2）分別計(jì)算提取率。

1.3.6 正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)優(yōu)化提取工藝

在單因素試驗(yàn)基礎(chǔ)上，確定提取工藝影響因素水平。選用乙醇體積分?jǐn)?shù)（A）、料液比（B）、提取時(shí)間（C）和提取次數(shù)（D）4個(gè)因素，以LSPC提取率%（X）、LSOPC提取率%（Y）、LSPPC提取率%（Z）為指標(biāo)，采用L9（34）正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)優(yōu)化提取工藝。按照多指標(biāo)權(quán)重分析進(jìn)行綜合總評(píng)分，并進(jìn)行直觀分析與方差分析。

1.4 AHP法確定指標(biāo)權(quán)重

1.4.1 建立優(yōu)先矩陣

為了優(yōu)化蓮房原花青素的抗氧化活性部位提取工藝，將LSPC提取率（%）、LSOPC提取率（%）、LSPPC提取率（%）作為權(quán)重指標(biāo)予以量化，即將3個(gè)指標(biāo)分為3個(gè)層次，并確定各指標(biāo)的優(yōu)先順序?yàn)椋篖SOPC提取率%（Y）>LSPC提取率%（X）>LSPPC提取率%（Z），構(gòu)建成對(duì)比較的優(yōu)先判斷矩陣，同時(shí)賦予各指標(biāo)相對(duì)評(píng)分，見表1。

1.4.2 歸一化權(quán)重系數(shù)

按公式計(jì)算LSOPC提取率（%）、LSPC提取率（%）、LSPPC提取率（%）初始權(quán)重系數(shù)，并按公式進(jìn)行歸一化權(quán)重，計(jì)算上述指標(biāo)權(quán)重系數(shù)分別為0.539 6、0.297 0、0.163 4。

1.4.3 一致性比率

CR=CI/RI，作為衡量所得權(quán)重系數(shù)是否合理的指標(biāo)，經(jīng)計(jì)算一致性比例因子CR=0.008 9，CR<0.10即指標(biāo)比較的優(yōu)先判斷矩陣具有滿意的一致性，所得權(quán)重系數(shù)有效。

2 結(jié)果與分析

2.1 兒茶素標(biāo)準(zhǔn)曲線

采用1.3.1的方法，繪制出兒茶素的標(biāo)準(zhǔn)曲線如圖1所示。

2.2 蓮房原花青素提取工藝優(yōu)化的單因素試驗(yàn)結(jié)果

2.2.1 不同因素對(duì)蓮房原花青素（LSPC）提取的影響

以蓮房原花青素（LSPC）的提取率（%）為評(píng)價(jià)指標(biāo)，采用單因素實(shí)驗(yàn)方法考察乙醇體積分?jǐn)?shù)（%）、料液比（g/mL）、提取時(shí)間（min）、提取次數(shù)（次）4個(gè)不同因素對(duì)評(píng)價(jià)指標(biāo)的影響，得到結(jié)果如圖2所示。研究結(jié)果顯示，乙醇體積分?jǐn)?shù)在60%，料液比1︰20，提取時(shí)間25 min時(shí)蓮房原花青素（LSPC）的提取率較高，提取次數(shù)（3次和4次）差別不明顯，從實(shí)際操作角度考慮，選擇采用提取4次作為單因素試驗(yàn)優(yōu)化結(jié)果。

2.2.2 不同因素對(duì)蓮房原花青素（LSOPC）提取的影響

以蓮房原花青素（LSOPC）的提取率（%）為評(píng)價(jià)指標(biāo)，采用單因素實(shí)驗(yàn)方法考察乙醇體積分?jǐn)?shù)（%）、料液比（g/mL）、提取時(shí)間（min）、提取次數(shù)（次）4個(gè)不同因素對(duì)評(píng)價(jià)指標(biāo)的影響，得到結(jié)果如圖3所示。研究結(jié)果顯示，乙醇體積分?jǐn)?shù)在60%，料液比1︰20，提取時(shí)間20 min時(shí)蓮房原花青素（LSOPC）的提取率較高，提取次數(shù)（3次、4次、5次）差別不明顯，從實(shí)際操作角度考慮，選擇采用提取4次作為單因素試驗(yàn)優(yōu)化結(jié)果。

2.2.3 不同因素對(duì)蓮房原花青素（LSPPC）提取的影響

以蓮房原花青素（LSPPC）的提取率（%）為評(píng)價(jià)指標(biāo)，采用單因素實(shí)驗(yàn)方法考察乙醇體積分?jǐn)?shù)（%）、料液比（g/mL）、提取時(shí)間（min）、提取次數(shù)/（次）4個(gè)不同因素對(duì)評(píng)價(jià)指標(biāo)的影響，得到結(jié)果如圖4所示。研究結(jié)果顯示，乙醇體積分?jǐn)?shù)在60%，料液比1︰15，提取時(shí)間20 min，提取3次時(shí)蓮房原花青素（LSPPC）的提取率較高。

2.3 正交優(yōu)化實(shí)驗(yàn)結(jié)果

根據(jù)2.2項(xiàng)的單因素試驗(yàn)結(jié)果，最終確定提取工藝影響因素水平，見表2。

按照正交試驗(yàn)L9（34）進(jìn)行試驗(yàn)，分別計(jì)算實(shí)驗(yàn)結(jié)果X、Y和Z值，以1.4.2確認(rèn)的權(quán)重分別計(jì)算出9組正交試驗(yàn)綜合評(píng)分（M），總得分（M）=0.539 6Y+0.297 0X+ 0.163 4Z，結(jié)果見表3。

以綜合評(píng)分為標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)表3中數(shù)據(jù)直觀分析表明（表4），優(yōu)化提取工藝為A1B2C3D2，方差分析結(jié)果（表5）顯示因素A、B、C、D對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果均無顯著影響，最終確認(rèn)生產(chǎn)工藝為A1B2C3D2，即加入50%乙醇，料液比1︰15，超聲提取4次，每次30 min。

2.4 驗(yàn)證試驗(yàn)

取蓮房樣品適量，按照優(yōu)化提取工藝進(jìn)行驗(yàn)證試驗(yàn)，分別測定LSPC、LSOPC和LSPPC提取率，結(jié)果見表6。所得工藝簡便、穩(wěn)定、可行。

3 結(jié)論與討論

超聲的機(jī)械作用和空化作用可以破壞細(xì)胞壁，加強(qiáng)細(xì)胞內(nèi)有效成分的傳遞作用，且不會(huì)改變小分子化學(xué)成分的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)，可以加快細(xì)胞內(nèi)代謝產(chǎn)物的溶出速度[5]。因此，較一般常規(guī)溶劑加熱提取方式提取時(shí)間更短，提取效率更高。

層次分析法（The Analytic Hierarchy Process，簡稱AHP法）是一種解決多目標(biāo)的復(fù)雜問題的定性與定量相結(jié)合的決策分析方法，判斷和衡量目標(biāo)能否實(shí)現(xiàn)的標(biāo)準(zhǔn)之間的相對(duì)重要程度，并合理地給出每個(gè)決策方案的各標(biāo)準(zhǔn)的權(quán)數(shù)，利用權(quán)數(shù)求出各方案的優(yōu)劣次序[6-7]。

本實(shí)驗(yàn)綜合考慮蓮房中總原花青素（LSPC）、低聚蓮房原花青素（LSOPC）、高聚蓮房原花青素（LSPPC）提取率，以乙醇體積分?jǐn)?shù)、料液比、提取時(shí)間和提取次數(shù)為考察因素，采用層次分析法、多指標(biāo)加權(quán)綜合分析法，利用正交設(shè)計(jì)優(yōu)選原花青素的提取效率。優(yōu)化后的工藝具有良好的重現(xiàn)性、穩(wěn)定性和可操作性。

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